Ethernet-APLについて
特長、メリット、アプリケーション
要約
- Ethernet-APLは、プロセスオートメーション向けの高度な通信技術であり、フィールドレベルでのイーサネット導入を可能にします。
- 制御レベルを超えてフィールドレベルまでイーサネット接続を拡張することで、Ethernet-APLでは、フィールド機器をイーサネットベースのネットワークに直接組み込むことが可能です。
- 1つの2線式ケーブルに組み合わされた高速データ伝送と電力供給により、スマートフィールド機器を産業ネットワークにシームレスに統合できます。
- Ethernet-APLは、危険場所やリモート環境までイーサネット接続を拡張することで、デジタル化およびIIoT（産業用IoT）アプリケーション向けの標準化された堅牢で将来性のある基盤を提供します。
Ethernet-APLとは何か？
Ethernet-APLは、Advanced Physical Layer（高度物理層）の略であり、PROFINET、EtherNet/IP、OPC-UA、HART-IPなど、複数の産業用通信プロトコルに対応するように設計された技術です。
Ethernet-APLの開発は、既存のIEEEおよびIEC規格を強化するために、幅広い組織からなるコンソーシアムを結集したAPLプロジェクトと呼ばれる取り組みの下、2018年に開始されました。このアプローチでは、市場での普及と相互運用性の確保のために、確立された標準規格が活用されました。
この技術は、シールド付き2線式ケーブルを使用して、信頼性が高くシンプルなネットワーク構造とトポロジーを備えたループ電源式通信を可能にします。Ethernet-APLは、全二重モードで動作し、最長1,000 mのケーブルに対応し、10 Mbit/sのデータ伝送速度を提供します。
Ethernet-APLの主な利点は？
Ethernet-APLは、産業用通信システムに大きなメリットをもたらします。
- プロトコルの柔軟性：広く使用され、標準化されたイーサネットプロトコルに対応します。
- 容易なネットワーク設定：設定およびメンテナンスの複雑さを軽減します。
- ITおよびOT用の統一されたツール：領域を越えて一貫したトラブルシューティングが可能になります。
- 設置作業の負担が最小限：導入にかかる時間とコストを削減します。
- 2線式ケーブル：データ伝送と電力供給が1つのケーブルに統合されます。
- 距離延長機能：最大距離1,000 mまで信頼性の高い動作を実現します。
- 防爆：危険場所および本質安全防爆に関する等級や認証が含まれます。
- 電気的安定性：サージ保護および電磁干渉に対する耐性を備えています。
- 移行サポート：既存のタイプAフィールドバスケーブルの再利用を可能にし、移行を容易にします。
Ethernet-APLコンポーネントおよびトポロジーとは？
Ethernet-APLは、異なるトポロジー（trunk/spur型またはスター型トポロジー）をサポートします。セグメントを構成するスイッチ間の接続は、ポイント・ツー・ポイント接続のみとなります。
各Ethernet-APLスイッチは、セグメント間の通信を分離し、クロストークなどの障害を防止します。また、さまざまなセグメントの機器による問題や干渉から通信を保護します。
ここでは、Ethernet-APLに適用される技術的特性をご紹介します。
スイッチに関しては、トポロジーの柔軟性を実現する2つのポイントがあります。まず、1つまたは複数のtrunk（基幹回線）ポートに電力と通信を供給する電源スイッチがあります。これは、外部電源で動作します。
次に、spur（分岐線）を接続できるポートを提供するフィールドスイッチがあります。この場合、電力はtrunkまたは外部電源から供給されます。
この図は、trunk/spur型トポロジーの例を示しています。
これは、スター型トポロジーです。
Ethernet-APLの現場設置はどれほど容易か？
この技術の開発者は、産業界で幅広く普及する可能性を高めたいと考え、ネジ式端子、スプリングクランプ端子、M8およびM12コネクタなど、よく知られたタイプを採用しました。
Ethernet-APLを実装するためのケーブルも一般的なものであり、基準ケーブルとして、IEC 61158-2準拠、AWGクラス26～14、ケーブル断面積 0.324～2.5 mm2 のタイプAフィールドバスケーブル（抵抗値100Ω、許容誤差+/-20Ω）が使用されます。
他の技術で発生する配線エラーを低減するため、Ethernet-APLには極性非依存性が採用されました。フィールド機器は互いに干渉することが許されず、その設定はピアツーピアでのみ行われます。
2-WISE仕様は、Ethernet-APLに組み込まれた追加機能であり、本質安全回路のパラメータを定義します。このコンセプトはFISCOに由来します。本質安全アプリケーションの規則はすべて、フィールドエンジニアや技術員がすでにこれを熟知しているため共通です。
フィールド機器の設定は、ウィザードアプリと自動設定により、迅速に行うことができます。Ethernet-APLでは、高速データ伝送が可能なため、設定が容易かつ迅速になります。Field Xpertなどの産業用タブレット端末は、スマートフォンやケーブルテスト機器と同様に、デジタル機器を扱うフィールド技術員にとって日常的なツールになると考えられます。
Ethernet-APLおよびIIoT
この技術は、加工プラントの建設、初期調整、操作を簡素化するために、IIoTの実際のコンセプトに直ちに実装できるように開発されました。これを容易にするため、NAMUR Open Architecture（NOA）、およびOpen Process Automation Forum（OPAF）によるOpen Process Automation Standards（O-PAS™）があります。
Endress+HauserのNetilion IIoTエコシステムなどのIIoTクラウドベースサービスにより、フィールドとクラウド間の接続をサポートするEthernet-APLアプリケーションが間もなく実現し、診断や予知保全などのさまざまな目的に応じた適切なサービスを提供できるようになります。
Ethernet-APLトポロジー
これらのアプリケーションでは、単一のネットワーク技術の実現に重点が置かれており、OTとITの透過的な統合が可能になります。Ethernet-APL、アプリケーション、技術的なアドバイスに関する詳細情報を近日中にお届けしますので、どうぞご期待ください。
